无轴印刷机同步控制系统最优控制策略的研究

摘要

无轴传动印刷机具有传动精度高、结构简化、传动比范围宽、调整方便等优点，它已逐步取代传动机械长轴印刷机并成为未来印刷业的发展趋势。至今为止，对于无轴传动印刷机系统的研究仍是热点与难点。经过近二十多年来的研究，许多学者都提出了无轴传动系统的同步控制策略，如自适应控制、交叉耦合控制、模糊逻辑控制以及同步神经网络控制等，然而大多数的控制算法都只是针对两轴速度同步系统的研究，面对各种因素造成的不同步现象，寻求多轴高性能位置同步运动控制仍是一个急待解决的问题。 线性二次高斯(LQG)最优控制是一种能够提高控制性能的有效方法，具有快速控制响应，较高稳定性以及较强鲁棒性。为此，本文以无轴传动印刷机系统为研究对象，以多轴同步运动控制为主要问题，研究了一种将交叉耦合与LQG最优控制结合起来的同步控制策略。文章中研究的最优控制方法是在增广系统模型的基础上设计最优控制器，将各轴之间的同步误差及其差分引入二次型性能指标中，通过最小化这样一种独特的性能指标来获得最优的控制律，从而将同步控制问题归结为增广系统的最优控制问题。而问题的关键在于增广系统模型的建立，在扩展状态变量而保持控制向量不变的同时，相应地改变系统状态矩阵、控制矩阵及输出矩阵，从而按照增广系统设计的控制律满足原实际系统的要求。 在针对无轴印刷机同步控制系统进行仿真的过程中，应用简化的迭代公式代替复杂的最优化求解方法以求解最优化问题，从而为计算机控制系统缩短了计算时间，提高了控制效率。结果表明，本文研究的最优控制策略与经典的PID控制策略在跟踪性能上都能够较好地跟随预设轨迹曲线；而前者控制下的同步误差明显较后者稳定，特别是在位置变化率较大处，同步误差基本趋近于零，实现了理想的控制效果。

目录

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第一章绪论

1.1印刷机的发展概况

1.1.1印刷机概述

1.1.2传统印刷机的传动技术

1.1.3无轴传动取代机械传动的必然趋势

1.2无轴传动印刷机系统控制技术简介

1.2.1无轴传动印刷机系统控制技术的发展

1.2.2无轴传动印刷机系统控制技术的特点

1.2.3无轴传动印刷机系统控制中存在的技术难点

1.3本论文的主要工作及结构安排

第二章无轴传动印刷机系统同步控制基础知识

2.1伺服系统简介

2.1.1伺服系统结构

2.1.2伺服系统协同整合技术

2.1.3伺服系统设计的一些实际问题

2.2伺服系统的基本要求和性能指标

2.2.1伺服系统的基本要求

2.2.2伺服系统的性能指标

2.3伺服系统在无轴传动印刷机中的应用

2.4多电机同步控制基本原理

2.4.1同步控制概述

2.4.2同步控制的基本分类及其结构

第三章最优控制基本理论

3.1概述

3.1.1现代控制理论的应用基础

3.1.2现代控制理论的基本内容

3.1.3最优控制理论的发展

3.2最优控制问题

3.2.1最优控制问题的一般提法

3.2.2最优控制问题的求解方法

3.3利用状态空间模型的最优化设计方法

第四章最优控制策略的研究

4.1同步控制问题中引入最优控制方法

4.1.1多轴同步控制策略的研究动态

4.1.2最优控制问题应用中的优势与不足

4.1.3采用最优控制方法解决同步控制问题的可行性

4.2同步控制问题描述

4.2.1多轴电机系统模型

4.2.2同步误差及其差分的引入

4.2.3多轴同步控制指标

4.3增广系统模型的建立

4.3.1同步观测器

4.3.2增广系统模型

4.4最优控制策略

4.4.1二次型性能指标建立的基础知识

4.4.2增广系统模型的二次型性能指标

4.4.3最优同步控制器的实现

第五章无轴印刷机同步控制系统仿真

5.1伺服电机数学模型的的建立

5.2最优同步控制器的实现

5.3仿真实验及结果分析

第六章总结及展望

6.1研究工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文